Mdr1基因的 C3435T多態性及其臨床意義

黃鳳樓,刁孟元,俞云峰,張 斌

腫瘤的多藥耐藥(multidrug resistance,Mdr)一直是腫瘤治療中最棘手的問題之一。其與一種名叫 P-糖蛋白(P-glycop rotein,P-gp)的蛋白質密切相關,P-gp共含有 1280個氨基酸組成,相對分子質量為 170,所以又稱為 P170,是 ABC(ATP-binding cassette)家庭成員之一,能依賴 ATP將其底物泵出細胞外,對細胞起到保護作用[1]。表達于腫瘤細胞表面的 P-gp可將多種抗腫瘤藥物泵出細胞外,是腫瘤細胞同時對多種抗腫瘤藥物產生耐藥性的原因之一,因此將編碼 P-gp的基因命名為 Mdr基因,即多藥耐藥基因。在人類,編碼P-gp的基因是 Mdr1基因,它位于第 7號染色體,約 200 kb[1]。P-gp不僅表達于腫瘤細胞表面,也表達于正常組織,如肝臟、胃腸道、腎臟以及血腦屏障等細胞表面,執行不同的生理功能。近年的研究發現,Mdr1基因的多態性可以直接影響P-gp的表達,除抗腫瘤藥物外,還影響多種藥物的代謝動力學。Mdr1基因的多態性以及 P-gp與多種疾病的發病機制存在聯系,有較重要的臨床意義。本文擬就 Mdr1基因的C3435T多態性的臨床意義做一簡要綜述。

1 Md r1基因多態性概要

首先對 Md r1基因多態性及其意義進行全面研究的是德國學者 Hoffmeyer等,他們檢測了 188名患者 Mdr1基因的多態性,發現了 15個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)位點,并發現位于第 26個外顯子的 C3435T能顯著影響十二指腸P-gp的表達,十二指腸 P-gp的表達水平在 3種基因型的個體中從高至低依次為 CC＞TC＞TT。且十二指腸 P-gp表達水平與地高辛在胃腸道的吸收密切相關,TT基因型的個體口服地高辛之后往往有較高的生物利用度[2]。到目前為止,科學家總共在 Mdr1基因的 27個 SNP位點上發現了 28個突變[3],其中以 C3435T的研究倍受矚目。但是C3435T影響P-gp表達的確切機制還不太清楚,因為C 3435T本身是一個無意義的突變,并不影響P-gp的氨基酸序列[1]。

針對 Mdr1基因多態性,特別是隨著 C3435T在人群的分布頻率的調查在世界各地的廣泛開展,發現各個地區、各個民族 Md r1基因 C3435T的分布頻率是不同的[1]。CC基因型在熱帶地區如肯尼亞、蘇丹的分布頻率較高,而在其他地區分布較低。Schaeffeler等[4]認為:這可能是由于該地區感染性疾病較為流行,CC基因型的患者P-gp表達水平較高,對人體抵抗病原體的侵害是有利的。

2 Md r1基因多態性的臨床意義

2.1 Mdr1基因多態性與藥物代謝動力學 很多藥物都是P-gp的作用底物,這些藥物在腸道的吸收、腎臟的排泄以及各組織間的分配都與 P-gp密切相關。小腸 P-pg表達于上皮細胞刷狀緣,直接影響藥物從消化道進入血液,是影響藥物代謝動力學的因素之一。目前這方面研究較多的藥物是環孢素和FK 506,這兩種藥都是器官移植患者長期服用的免疫抑制劑。但兩者使用范圍都相對狹窄,血藥濃度過高,易造成肝腎損害,過低又達不到免疫抑制的效果。基于Hoffmeyer的研究結果,從單個SNP位點的角度而言,C3435T突變中,CC基因型的個體腸道 P-gp表達較高,不利于藥物的吸收,所以藥物生物利用度相對較低,TT基因型個體則與之相反。部分研究也證明了該觀點[5-7],但是目前這方面還存在很大爭論。也有研究發現,C3435T與以上兩種藥物代謝的動力學無關[8-11]。這可能歸結于以下原因:(1)藥物代謝為多因素作用的結果,腸道 P-gp對口服吸收的影響只是其中的一個環節,在調查過程中很難控制其他因素的影響。(2)很多調查研究都是集中在 Mdr1基因的單一 SNP位點上,如廣泛研究的 C3435T、G2677T/A,而將多個 SNP位點作為一個連鎖單元進行研究的報道相對較少[12]。最近的一項研究對Md r1基因的 3個 SNP位點 C1236T、G 2677T/A和 C3435T組成的連鎖單元進行了分析,發現器官移植患者口服 FK506的濃度與其組成的連鎖單元有關[13],但是這遠遠不能闡明Mdr1基因多態性與藥物代謝動力學的關系及其機制,因為Md r1基因的各 SNP位點之間以及其他基因的 SNP位點之間又存在廣泛而復雜的連鎖[14]。(3)很多研究都是直接觀察不同基因型個體 P-gp表達的強弱,而缺乏在 RNA水平上就其轉錄、剪切、翻譯等進行的研究,對 Mdr1基因的轉錄和翻譯分子機制缺乏深入的了解[15]。

2.2 Mdr1基因多態性與潰瘍性結腸炎 潰瘍性結腸炎確切的發病機制目前還不清楚,有研究顯示 Mdr1基因與其發病機制有一定聯系。其理論基礎就是 Hoffmeyer的研究結果,即 C3435T為 CC的個體,胃腸道 P-gp表達水平較高,有利于腸道抵御致病因子特別是細菌的侵襲,發生腸道炎癥性疾病如潰瘍性結腸炎的概率相對較小。該理論也得到了一定的實驗支持,Panwala等[16]發現,敲除 Md r1基因的小鼠,由于腸道 P-gp表達缺陷,失去了抵御致病因子侵襲的重要屏障,會出現和潰瘍性結腸炎癥狀相似的腸道炎癥,且口服抗生素可以緩解此種炎癥的發展。臨床調查也發現,同一民族,潰瘍性結腸炎患者TT的分布頻率較健康人群高[17-18]。但令人疑惑的是,也有臨床調查發現C3435T與潰湯性結腸炎的發病存在密切聯系[19-22]。此外,還有調查發現G 2677T/A與潰瘍性結腸炎的發病也存在一定聯系[23]。

2.3 Mdr1基因多態性與Parkinson病 有觀點認為,Parkinson病的發病機制可能與中樞神經系統長期受到有害物質的侵襲有關。P-gp在血腦屏障廣泛表達,其生理作用主要是阻止有害物質對中樞神經系統造成的損害,基于這一生理功能,很容易將Parkinson病的發病機制與Mdr1基因以及 P-gp聯系起來,即血腦屏障P-gp表達較高的個體,能在一定程度上抵御外界毒性因素對中樞神經系統的毒害作用,降低Parkinson病的發病風險。調查顯示,長期暴露在殺蟲劑中,且C3435T為 TT或 CT的群體,Parkinson病的發病率明顯較CC基因型高[24]。也有調查發現,Parkinson病發病年齡較早的群體與發病年齡較晚的群體相比,TT的分布頻率較高,也說明 TT基因型個體血腦屏障P-gp表達水平較低,對中樞神經系統的保護能力較弱,因而Parkinson病的發病風險高[25]。

此外,還有研究證實,位于腦組織神經元表面的 P-gp可以將 β-淀粉樣泵出細胞外,提示 Mdr1基因以及 P-gp可能與老年性癡呆的發病機制有關[26]。

2.4 Md r1基因多態性與 HIV感染 Mdr1基因多態性與HIV感染的研究主要集中在HIV的感染風險與治療兩方面。由于多種抗HIV藥物都是P-gp的作用底物,Mdr1基因多態性以及 P-gp表達的強弱都與抗H IV藥物的藥物代謝動力學有關,特別是 P-gp在 CD+4T淋巴細胞中仍然表達,在一定程度上能阻止藥物進入細胞發揮抗逆轉錄作用,更容易導致 HIV治療失敗。白細胞高度表達 P-gp的H IV感染者,更容易對抗HIV藥物產生耐藥性[27]。研究表明,TT基因型的HIV感染者白細胞表面P-gp相對較少[28]。但是目前這一方面的研究同樣存在爭議,也有研究發現 C3435T與 HIV抗逆轉錄治療效果以及疾病的轉歸無關[29,30],目前還無法解釋這些差異。

同時在H IV的感染風險上,P-gp及 Mdr1基因仍然起著一定的作用。這可以概括為:P-gp高度表達的個體對HIV有一定的抵抗力,在同樣的暴露風險下,感染H IV的概率相對較小,但是一旦被感染,抗H IV藥物很難進入細胞發揮作用,治療也相對棘手[31]。

3 展望

近年來,對 Mdr1基因 C3435T及其意義的研究雖然取得了不少突破,但是總的看來還存在很多急待解決的問題。比如,對單個SNP位點的研究較多,而對多個 SNP位點組成的連鎖單元研究較少;以目前的研究水平,還無法完全解釋各個實驗室之間研究結果的矛盾。同時,對 Mdr1基因轉錄與翻譯的機制還缺乏認識,對C 3435T突變效應的分子機制也缺乏深入的研究。最近的一項研究顯示,雖然 C3435T屬于無義突變,該突變也不引起P-gp氨基酸序列的改變,但是可以影響其結構,進而影響其活性,這為進一步深入了解Md r1基因轉錄與翻譯的機制提供了思路[32]。相信隨著分子生物學技術的發展,這些問題都將得到解決,對 Mdr1基因多態性的相關研究也將更加深入。

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(本文編輯:彭潤松)